專利名稱：復合疊層電路結構及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及到用光刻技術制作疊層電路結構，更確切地說是涉及到利用多個具有信號平面和電壓平面的預制電路的復合疊層結構的制作方法以及具有接地平面而沒有信號平面的疊層結構。
本申請涉及到1998年12月2日提出的題為“二個信號平面和一個功率平面的電路板”的申請No.09/203956和1998年12月2日提出的題為“多電壓平面和多信號平面電路板”的申請No.09/203978。
制作疊層電路板結構的常規(guī)技術包括制作介電材料層和導電材料層以提供多層電路和電壓平面。電壓平面可以是接地平面或功率平面，有時被統(tǒng)稱為功率平面。在制作這種結構的現(xiàn)有技術中，介電材料層和導電材料層相繼涂敷，亦即涂敷介電材料，然后在其上提供電壓平面，而且，如果需要的話，還用鉆孔或腐蝕通孔或盲孔的方法制作通孔。此技術依賴于增加額外結構的各個相繼的步驟，而電路層被單獨地制作；亦即，在制作信號平面的各個步驟中，在制作前一信號平面之后制作各平面，并在制作的功率平面上制作信號平面。這需要鉆孔以形成鍍敷的通孔，所有這些都很費時間，特別是當大量鉆出的孔需要形成鍍敷的通孔時，情況更是如此。
于是，希望提供一種比較廉價的光刻技術來制作復合疊層結構，使得能夠從單個的分立疊層結構得到復合疊層結構。
制作復合疊層結構的方法包括提供各具有在其至少一個表面上的電路和鍍敷的通孔的第一和第二電路板元件。電壓平面元件被制作成具有至少一個電壓平面，它具有相反的表面，各個表面上有局部固化的感光介電材料層。至少一個孔被光圖形化和腐蝕穿過電壓平面元件，但完全隔離于電壓平面。電壓平面元件中的各個通孔與各個電路板元件中的鍍敷的通孔對準，以便在電壓平面元件上提供與鍍敷的通孔連通的表面。電壓平面被層疊在電路板元件之間，而電壓平面上的光成象材料被完全固化。與電路板元件中的鍍敷的通孔連通的電壓平面元件的表面被導電材料鍍敷，以便在第一和第二電路板元件上的電路之間建立連接。


圖1是示意平面圖，示出了用于最佳實施例的復合疊層結構具有二個元件的卡或板；圖2是基本上沿圖1的2-2線所示平面的剖面圖；圖3a-3c是示意剖面圖，示出了電壓平面復合結構的制作；圖4a-4f示出了將圖2所示的二個元件與圖3c中的元件層疊以形成最終復合疊層結構的順序步驟；以及圖5是相似于圖4a的待要用于本發(fā)明中的電壓平面元件的二個元件的另一實施例的剖面圖。
本發(fā)明提供了一種技術并得到了一種結構，其中二個或更多個基本上完全電路化的元件可以用一個或更多個功率平面元件連接在一起，這些功率平面元件在連接時不被電路化，而是在與電路化元件連接之后被電路化，以便形成多層電壓平面和信號平面的復合疊層結構，其中信號平面元件的電路化在層疊各元件以形成最終結構之前基本上完成。
下面利用根據(jù)此處列為參考的1998年12月2日提出的題為“二個信號平面和一個功率平面的電路板”的申請No.09/203956制作的元件，在其最佳實施例中來描述本發(fā)明。但要理解是的，也可以采用諸如根據(jù)此處也被列為參考的1998年12月2日提出的題為“多電壓平面和多信號平面電路板”的申請No.09/203978制作的其他電路化元件以及用其他方法制作的元件，或可以采用這些或其他技術制作的電路化分立元件的組合。從本發(fā)明的以下詳細描述中，這一點將變得更為清楚。
現(xiàn)參照附圖，暫時先看圖1，示出了用來制作形成本發(fā)明的復合疊層結構的電路化元件的多個電路卡或電路板或者電路卡區(qū)或電路板區(qū)的面板的示意圖。如從圖1可見，面板10具有多個由參考號12所示的制作在其上的電路卡或電路板，且各個卡或板12被完全圍繞各個卡或板12延伸的邊界14分隔。還制作了在卡內部提供電隔離的邊界16。電路18制作在面板10的二側上。如將要描述的那樣，此處用術語“卡”或“電路卡”來表示可以用作安裝芯片和其他電學元件的芯片載體或電路板或電路卡的電路化襯底，它本身成為由二個或更多個這種“卡”或“電路卡”形成的層疊到電壓平面元件的復合疊層結構的電路化元件。
圖2剖面圖示出了用于復合結構的“卡”12的部分結構。在1998年12月2日提出的題為“二個信號平面和一個功率平面的電路板”的申請No.09/203956中，描述了這種面板的制作。各個卡12由作為電壓平面的薄銅箔20組成。如此處所用的那樣，電壓平面可以被認為是接地平面或功率平面，且各個電壓平面有時被統(tǒng)稱為功率平面，而不管它們是接地平面還是“電壓平面”。銅箔接地平面20具有至少一個最好是多個穿過其中而制作的通孔22，以便使鍍敷的通孔能夠從零件的一個表面延伸到另一個表面。第一層光圖形化介電材料24被涂敷在銅箔20的一側，而第二層光成象介電材料26被涂敷在銅箔20的相反的一側，且介電材料填充在28所示的通孔22中。
各個介電材料層的厚度最好在2-4密爾之間。特別有用的光成象材料是此處列為參考的共同受讓的題為“光成象組分”的美國專利No.5026624所述類型的環(huán)氧樹脂基材料。這種材料24和26被光成象即光圖形化，并被顯影以顯現(xiàn)所需圖形，從而提供其上能夠制作電路板的諸如鍍敷的銅的金屬電路圖形的介電襯底(具有通孔)。此介電材料可以如美國專利No.5026624所述那樣幕涂，并可以包含觸變劑并如美國專利No.5300402所述那樣遮蔽涂敷，或可以提供成干膜。如所述申請No.09/203956所述的那樣，光成象材料24和26被光圖形化、顯影和完全固化，其上具有電路和通孔。光成象材料的最終固化提供了其上制作電路的韌化介電基底。此電路包括電路圖形44、穿過介電材料24或26到銅箔20的盲孔46、穿過介電材料24和26二者的鍍敷的通孔48、以及制作在銅箔20中而不接觸銅箔20的通孔22。如所述申請No.09/203956所述，還制作了邊界14。在這種條件下，圖2示出了面板10。在面板10保持在流水線中，所有的板仍然固定的情況下，或在各個板被切割并在各個板上分立地執(zhí)行所述層疊程序的情況下，可以完成復合疊層的制作。下面將描述用保持面板10在流水線中作為一個整體的方法實施的工藝。
為了便于描述，此工藝將被描述成利用二個完全相同地制作的面板10，用電壓平面疊層元件面板將它們連接到一起。但應該理解的是，如在后續(xù)描述中將變得清楚的那樣，能夠連接各種各樣的不同的面板結構，不要求待要連接的各個面板的結構完全一樣。而且，面板可以分離成單個的板，然后連接。
如上所述，二個完全相同的面板被用作電路板元件，且為了參照方便，一個板將用沒有下標的參考號表示，而被連接的二個面板中的另一個使用后面有下標“a”的參考號。
用電壓平面面板60將其上具有卡12和12a的二個面板10和10a連接起來，其制作示于圖3a-3c。借助于首先提供最好是具有1盎司常規(guī)使用的標準材料銅的銅箔(半盎司或1盎司)的金屬層70，來制作電壓平面面板60。正如面板10的銅箔20，此金屬層的厚度最好應該約為0.7-2.8密爾。
用機械鉆孔或用腐蝕方法，在箔70中制作示于72的孔。一種腐蝕技術是利用光刻工藝，其中各個孔的位置被圖形化和顯影在涂敷于銅箔70二側上的光刻膠中，并用諸如氯化銅(CuCl2)之類的腐蝕劑將孔腐蝕穿過銅。然后剝離光刻膠。此工藝在本技術領域中是眾所周知的。
此工藝簡要如下參照圖3a-3c，第一光成象介電材料層74被涂敷在銅箔70的一側上，而第二光成象介電材料層76被涂敷在銅箔70的相反的一側上，且介電材料74和76填充示于78的通孔72。此時，光成象材料74和76的厚度最好與面板10的光成象介電材料層24和26的厚度相同；亦即厚度最好在大約0.7-2.8密爾之間。所要求的是，光成象材料74和76能夠局部固化并以其局部固化的形式粘附到面板10和10a的介電材料24和26、電路44和46、以及鍍敷的通孔48，然后完全固化以接納電路。
特別有用的光成象材料是此處列為參考的共同受讓的題為“光成象組分”的美國專利No.5026624所述類型的環(huán)氧樹脂基材料。如圖2b所示，這種材料被光成象即光圖形化，并被顯影以顯現(xiàn)所需圖形，然后固化，以提供其上能夠制作形成電路板的諸如鍍敷的銅的金屬電路圖形的介電襯底。此介電材料可以如所述專利No.5026624所述那樣幕涂，或可以包含觸變劑并如美國專利No.5300402所述那樣遮蔽涂敷，此材料也可以涂敷成干膜。制作干膜的技術如下制備固體含量約為86.5-89％的光成象介質組分，這種固體包含大約27.44％的PKHC苯氧樹脂；41.16％的Epirez 5183四溴雙酚A；22.88％的Epirez SU-8八功能環(huán)氧雙酚A甲醛合成酚醛樹脂；4.85％的UVE 1014光引發(fā)劑；0.07％的乙基紫染料；從3M公司得到的0.03％Fc 430氟化聚酯非離子表面活化劑；從Degussa得到的3.85％的Aerosil380非晶二氧化硅；以便提供固體組分。溶劑約為總光成象介質組分的11-13.5％。光成象介電組分被涂敷在從DuPont得到的稱為Mylar D的1.42密爾厚的聚對苯二甲酸乙二醇酯聚酯層上。可以對光成象介電組分進行干燥，以便在聚對苯二甲酸乙二醇酯背面提供厚度為2.8密爾的光成象介電膜。
所述專利No.5026624和5300402所述的特定材料74和76是負性感光介質。因此，當此材料在顯影液中被顯影時，暴露于光化輻照(此時為紫外線)的區(qū)域將不被顯影(亦即仍然保留)，而不暴露的區(qū)域將被清除，亦即被顯影出來。
電壓面板平面元件的目的是在平面10和10a或卡12和12a中提供一個額外的電壓平面，以便形成由二個面板10a或二個卡12a、電壓平面面板60或電壓平面單元62組成的復合疊層結構，電壓平面面板60或電壓平面單元62提供額外的電壓平面和結構，用來使面板10和10a層疊到一起，成為稍后能夠切割成二個卡12和12a的單一的疊層結構，如前面所指出的，可以由卡12和12a和電壓平面單元62a組成。為此目的，介電材料74和76以及孔填充材料78配備了通孔84，它使電路44a能夠與電路44b連通，且電路44-44a的盲孔82和82a能夠與銅箔70連通，以形成額外的電壓平面。
為此目的，其上具有光刻材料74、76和78的面板60被光圖形化和顯影，以形成必須的窗口。用常規(guī)方法掩蔽圖3b所示的結構，并暴露于紫外線，以便提供延伸到箔70的材料74中的通路80和延伸到箔70的材料76中的通路82。還制作了穿過孔72的通孔84，通孔84的邊沿與箔20分隔。如所述申請No.09/203956所述，用來顯影環(huán)氧樹脂材料的適當試劑是丙烯碳酸酯，用紫外線完成曝光。
在工藝的這一時刻，光成象介電材料74、76和78處于B階段固化，亦即，以可控制和可重復的方式，固化到材料能夠流動的程度，以便機械地鍵合到面板10和10a的相反的表面，從而形成復合結構，然后如所述完全固化光成象材料74、76和78。
對應于卡12和12a周圍的邊界14和14a，還形成了各個電壓平面單元62周圍的邊界88。以相似于制作面板10和10a以及卡12和12a的方式，這些邊界被制作成只通過光成象介電材料74而不通過介電材料76，還通過銅箔70，從而保持整體性，然后切割芯片。
圖4a-4f示出了最終復合結構的制作。由于電壓平面單元62的目的是提供二個卡12和12a之間或者卡12和12a中的一個與銅箔70所確定的電壓平面之間的電連接，故必須提供電壓平面60或各個電壓平面單元62中的必須的電路。電壓平面面板60或單元62還必須將二個面板10和10a或二個單元12和12a連接到一起，以形成復合結構。如將要看到的那樣，在層疊之后，提供對電壓平面面板60或單元62的訪問的唯一方法是利用面板10和10a中的鍍敷的通孔48。于是，面板10和10a中的鍍敷的通孔22必須與面板60上待要制作到各個面板60或穿過各個面板60的電連接的任何位置對準。而且，如將要看到的那樣，電壓面板60中的通孔84的直徑必須小于鍍敷的通孔48的直徑，且窗口80和82的直徑必須小于鍍敷的通孔48的內徑。
還要求在各個面板待要連接到確定電壓平面的銅箔70處，面板10或10a中的鍍敷的通孔48必須分別與介質74或76中的窗口80或窗口82對準。各個面板10和10a中的鍍敷的通孔48還必須與電壓平面60中的通孔84對準。
如圖4a所示，部分面板10和10a被示為位于并對準在疊層中，所有電壓面板60都要連接以形成復合結構。如早先指出的那樣，面板60的介電材料74、76和78處于B階段固化，因而在面板10和10a上的介電材料24和26被完全固化時，其粘性足以提供對面板10和10a二者的粘附界面。如圖4a所示，通孔48和48a與窗口80或82或者與通孔84對準。面板10和10a與電壓面板60的相反的側面接觸，而光成象介電材料74、76和78被固化成最終固化狀態(tài)。最好利用在大約500psi下，將復合面板結構加熱到大約190℃的溫度，停留大約2小時的方法，來執(zhí)行這一過程，這將得到至少大約95％的固化，并得到圖4b的疊層結構。
利用圖4b所示的層疊到電壓面板60的相反的側的一對面板10和10a組成的復合結構，介電材料74和76的固化提供了接納銅鍍層的適當?shù)谋砻妗榇四康?，用光刻技術鍍敷面板10和10a與電壓面板60之間所需的互連。
如圖4c所示，用鈀層或其他引晶層99，對面板10和10a、開放的通孔48或48a以及邊沿106和108的暴露的表面進行引晶，并如圖4d所示，用光刻膠材料對其進行涂敷?？梢允秦撔曰蛘怨饪棠z。如圖4d所示，光刻膠被圖形化和顯影，以便在所有與待要用來提供到面板60或穿過面板60的互連的通孔48或48a之一對準的位置處提供窗口102和102a。(記得，能夠形成對面板60的連接的唯一路徑是通過鍍敷的孔48和48a)。此布局于是提供了穿過電壓面板60的通孔84、待要通過鍍敷的通孔48形成連接處的孔84周圍的邊界106、以及窗口80和82周圍的邊界108。
然后最好用常規(guī)的疊加鍍敷技術，用銅110對復合面板進行無電鍍敷或電鍍，以便提供必要的互連。鍍敷的結構示于圖4e，且包括孔84中的鍍敷的連接112和孔80和82中的鍍敷的連接114。
接著，剝離光刻膠100，并快速腐蝕引晶層99，以便提供圖4f所示的由通過電壓面板60而物理和電學連接的面板10和10a組成的所希望的復合結構。從具有由一對卡12和12a以及電壓平面單元62組成的各個卡的復合結構的面板，切割出各個板。
如早先所述，最佳實施例利用二個板12和12a以及電壓平面單元62。但需要理解的是，可以利用額外的卡12和12a和額外的電壓平面單元62來制作由三個或更多個卡12、12a、…、12n組成的復合體，也可以采用二個或更多個電壓平面單元62。同樣，如早先指出的那樣，卡12和12a不一定要完全相同，而是可以預先設計和鍍敷成執(zhí)行所希望的電學功能。同樣，如早先指出的那樣，本發(fā)明不局限于申請No.09/203956所述的制作板的技術。例如，以與申請No.09/203956的板或與其他相同類型的板或不同類型的板進行組合的形式，也可以使用由申請No.09/203978所述的二個功率平面組成的板。根據(jù)申請No.09/203978的情況示于圖5。
因此，已經(jīng)描述了本發(fā)明的最佳實施例。但記住前面的描述，要理解的是，本描述僅僅是以舉例的方式進行的，本發(fā)明不局限于此處所述的特定的實施例，而是可以進行各種各樣的重組、修正和替換而不超越以下權利要求所述的本發(fā)明的真實構思。
權利要求
1.一種制作復合疊層結構的方法，它由下列步驟組成提供各具有在其至少一個表面上的電路和鍍敷的通孔的第一和第二電路板元件，提供具有至少一個電壓平面的電壓平面元件，它具有相對的表面，其各個表面上有局部固化的光圖形化介電材料，光圖形化和腐蝕至少一個穿過所述電壓平面元件的孔和至少一個穿過各個光圖形化介電材料層的終止于所述電壓平面的窗口，使所述電壓平面元件中的各個通孔和各個窗口與至少一個所述電路板元件中的鍍敷的通孔對準，以便在所述電壓平面元件上提供與所述鍍敷的通孔連通的表面，各個所述電路板元件的所述至少一個表面與所述電壓平面元件分隔開，將所述電壓平面元件層疊在所述電路板元件之間，并完全固化所述電壓平面元件的所述光成象材料，以及對與所述電路板元件中的所述鍍敷的通孔連通的所述電壓平面元件的表面進行鍍敷。
2.權利要求1所述的發(fā)明，其中所述電路板元件至少部分地由完全固化的光成象材料組成。
3.權利要求1所述的發(fā)明，其中在所述電路板元件的各個表面上有電路。
4.權利要求1所述的發(fā)明，其中用光刻技術對所述表面進行鍍敷。
5.權利要求1所述的發(fā)明，其中的鍍層是銅鍍層。
6.權利要求1所述的發(fā)明，其中所述電壓平面元件具有單個電壓平面。
7.權利要求1所述的發(fā)明，其中各個電路板元件具有至少一個電壓平面。
8.權利要求7所述的發(fā)明，其中各個電路板元件具有穿過所述至少一個電壓平面的鍍敷的通孔。
9.權利要求1所述的發(fā)明，其中至少一個電路板元件具有多個電壓平面。
10.權利要求1所述的發(fā)明，其中所述光圖形化介電材料是環(huán)氧樹脂。
11.一種復合疊層結構，它包含各具有在其至少一個表面上的電路和鍍敷的通孔的第一和第二電路板元件，層疊在所述第一和第二電路板元件之間的具有至少一個電壓平面的電壓平面元件，它具有相反的表面，其各個表面上有完全固化的光圖形化介電材料層，各個電路板元件的至少一個表面與所述電壓平面元件分隔開，腐蝕至少一個穿過所述電壓平面元件的孔和至少一個穿過各個光圖形化介電材料層的終止于所述電壓平面的窗口，所述電壓平面元件中的各個通孔和各個窗口與至少一個所述電路板元件中的鍍敷的通孔對準，以便在所述電壓平面元件上提供與所述鍍敷的通孔連通的表面，各個所述表面包括環(huán)孔或所述電壓平面元件的所述光圖形化材料，所述電壓平面元件上的與所述電路板元件中的所述鍍敷的通孔連通的在所述電壓平面元件中的所述電路與所述電壓平面之間建立電連通的導電材料。
12.權利要求11所述的發(fā)明，其中在所述電路板元件的各個表面上有電路。
13.權利要求11所述的發(fā)明，其中所述電壓平面元件具有單個電壓平面。
14.權利要求11所述的發(fā)明，其中各個電路板元件具有至少一個電壓平面。
15.權利要求14所述的發(fā)明，其中各個電路板元件具有穿過所述至少一個電壓平面的鍍敷的通孔。
16.權利要求11所述的發(fā)明，其中至少一個電路板元件具有多個電壓平面。
17.權利要求11所述的發(fā)明，其中所述光圖形化介電材料是環(huán)氧樹脂。
全文摘要
制作復合疊層結構的方法:提供各具有在其至少一個表面上的電路和鍍敷的通孔的第一和第二電路板元件。提供具有至少一個電壓平面的電壓平面元件,兩面上有局部固化的感光介電材料層。至少一個孔穿過電壓平面元件但隔離于電壓平面。在電壓平面元件上提供與鍍敷的通孔連通的表面。電壓平面被層疊在電路板元件之間且電壓平面上的光成像材料被完全固化。用導電材料鍍敷電壓平面元件的表面建立電路板元件電路之間的連接。
文檔編號H05K3/00GK1261765SQ9912097
公開日2000年8月2日 申請日期1999年11月29日 優(yōu)先權日1998年12月2日
發(fā)明者羅斯·W·基斯勒, 沃雅·R·馬克維奇, 吉姆·鮑勒蒂, 馬里伯斯·伯里諾, 威廉·E·威爾遜 申請人:國際商業(yè)機器公司